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Desarrollo de fatiga central y periférica en el músculo del hombro con obesidad durante una tarea de resistencia isométrica

Participantes

Treinta y nueve jóvenes sanos de 18 a 32 años se ofrecieron como voluntarios de la universidad y de las comunidades locales para formar dos grupos de 22 no obesos (18 < IMC < 25 kg/m2) y 17 obesos (30 < IMC < 40 kg/m2) participante. El grupo no obeso estaba compuesto por 11 hombres y 11 mujeres y el grupo obeso incluía 11 hombres y seis mujeres. En el cuadro 1 se proporciona información antropométrica y demográfica detallada. El experimento fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad de Buffalo y todos los participantes dieron su consentimiento informado por escrito. Para calificar para el experimento, se requería que los participantes no tuvieran antecedentes de trastornos físicos en la articulación del hombro. Además, aquellos que tenían actividades físicas extensas como levantar objetos pesados, excavar, aeróbicos o andar en bicicleta rápida durante más de 3 horas por semana fueron excluidos de este experimento. El peso y el porcentaje de grasa corporal (%BF) se midieron utilizando una escala de impedancia electrónica (BC-568 Inner Scan, TANITA Corporation, Tokio, Japón).

Tabla 1 Información de los participantes presentada como media (DE)

Diseño experimental

Los participantes se sentaron erguidos en una silla dinamométrica isocinética (Cybex Humac NORM, Ronkonkoma, NY, EE.atado a la silla por cinturones estabilizadores de hombro y asiento. Su hombro derecho fue secuestrado a 60°, el codo flexionado a 90° y la mano boca abajo en una posición neutral con los pies en un reposapiés con las rodillas flexionadas a 90°. Esta posición del brazo cae dentro del rango de movimiento medio de la abducción del hombro, como el reclutador principal del deltoides medio , y se usa comúnmente durante las actividades de la vida diaria. Las pruebas piloto confirmaron la idoneidad de esta posición de prueba en términos de rendimiento máximo al aislar el deltoides medio tanto como sea posible. El ángulo del hombro se confirmó con un goniómetro. Todos los participantes completaron la tarea con su brazo derecho. Se colocó un adaptador acolchado para el hombro a unos 10 cm hacia abajo del proceso acromion y se aseguró firmemente para detectar incluso movimientos pequeños, pero no demasiado apretados para ocluir la circulación sanguínea. Este accesorio soportaba el peso de la parte superior del brazo. Se proporcionó retroalimentación visual en un monitor frente al sujeto. La Figura 1 ilustra la configuración experimental de forma esquemática.

Fig. 1

montaje Experimental simulado en 3DSSPP

Dos de 3.se colocaron electrodos ES de superficie redonda de 2 cm de diámetro separados longitudinalmente por ~2,5 cm en los puntos motores del deltoides medio. El cátodo se colocó por encima del ánodo para obtener resultados más efectivos . Cuando era necesario, los electrodos se recortaban para que encajaran en el deltoides medio de cada sujeto. Se colocó un mini sensor electromiográfico (EMG) (Trigno Wireless, Delsys Systems, MA) entre los electrodos ES en el abdomen del músculo deltoides medio para recoger señales EMG a una frecuencia de recolección de 2048 Hz. La piel se afeitó y limpió antes de la colocación del electrodo. Las señales ES se configuraron como una única señal eléctrica de voltaje supramáximo de 70 ms, entregada por una unidad de aislamiento de estímulos y una unidad de corriente constante conectadas en serie (estimulador S88 de Grass Instruments, unidad de aislamiento de estímulos SIU5 y unidad de corriente constante CCU1, Neurología Natus, West Warwick, RI). Para cada individuo, se examinó la intensidad de la señal y la ubicación óptima de los electrodos ES mediante el seguimiento de los cambios en la amplitud de la onda M EMG hasta que alcanzó su máximo. Este método se ha utilizado ampliamente en la literatura para tener en cuenta la variabilidad interindividual de las ubicaciones de los puntos motores y los umbrales de dolor (es decir, ). La corriente máxima tolerable se encontró individualmente aumentando progresivamente la intensidad en 10 mA, con un límite de 50 mA, hasta que las amplitudes de la onda M se estabilizaron. Se codificó un programa LabVIEW personalizado (versión 13.0.0) para impulsar el estimulador, alertar a los participantes para que inicien y detengan cada subtarea y registrar los datos de par para análisis posteriores. Los datos de par se adquirieron a una velocidad de 1024 Hz y se filtraron de paso bajo utilizando un filtro Butterworth de cuarto orden con una frecuencia de corte de 4 Hz.

Después de un corto calentamiento que incluyó abducciones y aducciones repetidas del hombro, el experimento comenzó con un ES administrado en reposo muscular (ES0) mientras se instruía a los participantes a sentarse relajados y mantener su brazo en la postura descrita sin ejercer ninguna fuerza. Después de un descanso de 10 s, realizaron tres CMV isométricos consecutivos de la abducción del hombro, cada uno de los cuales duró 5 s seguido de un descanso de 2 min. El ES se superpuso en el tercer segundo de cada MVC, cuando la salida de par se había estabilizado. Excluyendo el primer segundo de cada MVC caso omiso de cualquier iniciales, los movimientos bruscos, el par máximo de las tres repeticiones determinado el músculo de la capacidad de cada participante, en lo sucesivo denominada la pre-MVC. Después de 1 minuto de descanso después del último MVC, se administró otro ES en reposo muscular (ES1).

Cuatro minutos después, se realizó una tarea de resistencia isométrica sostenida hasta el agotamiento al 30 o al 60% del pre-CVM, con cada par objetivo relativo (TT) realizado durante una sesión. Las sesiones se separaron al menos 2 días y se compensó el orden de las tareas para minimizar los efectos residuales de la fatiga. Los TTs se fijaron en relación con los CMV previos para minimizar el efecto de confusión potencial de soportar un brazo más pesado en individuos obesos, con el fin de encontrar cualquier diferencia fisiológica con la obesidad. Para la tarea de resistencia, se instruyó a los participantes a aumentar su torque después de una alarma y mantenerlo justo encima del TT hasta el agotamiento. Para alcanzar el objetivo, se proporcionó retroalimentación visual analógica y digital en tiempo real. La tarea de resistencia terminó cuando el par medio cayó por debajo del 10% del TT y permaneció como tal durante al menos 1 segundo. Después de una parada corta (200 ms) después de la terminación de resistencia, se superpuso un ES a otro MVC de 5 s (post-MVC). Se consideró que los 200 ms estandarizaban el tiempo de parada entre la finalización de la tarea de resistencia y el inicio rápido del CVM posterior para todos los participantes. Después de 5 segundos, los participantes recibieron el último ES potenciado en reposo muscular (ES2). La Figura 2 muestra el protocolo experimental. En la Fig. 3, representative recordings of a pre-MVC, endurance, and a post-MVC for one obese and one non-obese subject are illustrated.

Fig. 2

Experimental protocol (: contractions; : ES)

Fig. 3

Grabaciones representativas de pre-MVC, ensayo de resistencia y post-MVC para un sujeto obeso y otro no obeso

Reducción de datos

Investigar el efecto de la obesidad definida por el IMC en el mecanismo de fatiga fue el objetivo principal de este estudio. Para ello, se utilizó una medida de la relación de activación central (CAR), calculada mediante ec. (1), para cuantificar la fatiga central considerando el incremento en la salida de par por superposición de ES (contracción superpuesta) en relación con su MVC correspondiente. Antes de la tarea fatigosa, el porcentaje de AUTOMÓVILES se promediaba sobre los tres pre-MVC, conocidos como pre-AUTOMÓVILES. Las ES superpuestas sobre el MVC posterior determinaron el valor posterior al AUTOMÓVIL después de la tarea fatigosa. El cambio en el porcentaje de AUTOMÓVILES de pre a postfatiga ha sido una medida común en muchos estudios para comparar la fatiga central (es decir, ). El porcentaje de AUTOMÓVILES (%AUTOMÓVILES) muestra el porcentaje de unidades motoras no inflamadas activadas voluntariamente durante las contracciones máximas. Por lo tanto, la fatiga central se cuantificó como una reducción inducida por fatiga en la capacidad de activación de la tarea anterior a la posterior a la resistencia (pre-menos post – CAR) .

\ \ % CAR = \frac {MVC} {MVC+ superpuesto\ twitch}\times 100

(1)

La fatiga periférica, por otro lado, se cuantificó considerando las estimulaciones del músculo en reposo (ES1 y ES2). En reposo muscular, el efecto de la activación voluntaria se eliminaría para medir las unidades motoras no fatigadas disponibles para ser activadas por el ES . La ES0 solo se aplicó para garantizar que todos los participantes tuvieran el mismo nivel de fatiga muscular al participar en este experimento. La fatiga periférica se cuantificó como una disminución de la amplitud de la contracción muscular de pre a post tarea, en relación con la estimulación previa a la tarea ((ES1 – ES2)/ ES1).

En algunos casos, los aumentos relativamente pequeños de la activación de la unidad motora después de la tarea fatigosa resultan del efecto de músculos sinérgicos o de la falta de esfuerzo máximo durante las preactivaciones. Para minimizar la probabilidad de estos errores, estos pequeños cambios no se tuvieron en cuenta, lo que resultó en amplitudes iguales antes y después de la contracción o en una cuantificación de fatiga cero.

Además del mecanismo de fatiga, la manifestación física del desarrollo de fatiga fue evaluada por el tiempo de resistencia, la fluctuación del par y la pérdida de par. La pérdida de par se cuantificó como el porcentaje de cambio de pre – a post-MVC en relación con el pre-MVC. Además, se calculó la tasa de pérdida de par por segundo durante el tiempo de resistencia ((pre – menos post-MVC)/resistencia). La fluctuación del par se calculó mediante el coeficiente de variación (CV = desviación estándar/media) para cada ventana de 5 segundos sin solapamiento durante la tarea de resistencia. A continuación se consideraron el promedio (TFa) y la tasa lineal de fluctuación del par (TFr). Para probar el estado de fatiga del músculo, se calcularon la media cuadrática de la raíz (RMS) y la frecuencia de potencia media (MPF) del espectro de potencia EMG sobre ventanas de 0,125 s con solapamientos de 0,0625 s durante el esfuerzo de resistencia. Se utilizaron filtros integrados de la versión 4.1.1 del software de adquisición de EMGworks de Delsys para procesar los datos de EMG en tiempo real. Se calcularon las pendientes de la regresión lineal para RMS y MPF y se utilizaron para el comportamiento temporal de la EMG. Los cambios articulares en las medidas de EMG se utilizaron para indicar los estados de fatiga muscular versus los inducidos por la fuerza . Con base en este análisis, se pueden reconocer cuatro estados de recuperación, aumento de la fuerza, disminución de la fuerza y fatiga al considerar las pendientes de los cambios de RMS y MPF simultáneamente.

Finalmente, las cargas objetivo relativas (es decir, 30 o 60% MVC) se convirtieron en las cargas objetivo absolutas (en Nm) que cada participante ejerció en cada sesión. Luego se modeló el efecto del TT absoluto en el tiempo de resistencia. Después de probar curvas lineales, logarítmicas, polinómicas, de potencia e hiperbólicas, todas con el mismo número de parámetros, la curva de mejor ajuste (determinada por el R2 más alto) se logró mediante una curva exponencial negativa en forma de Tiempo de resistencia = ae −b ∗ TT, donde a es el tiempo de resistencia a cero TT, y b es la tasa de decaimiento exponencial.

Análisis estadístico

Después de extraer todas las variables dependientes, se realizaron análisis separados de covarianza (ANCOVA) para evaluar las diferencias entre los grupos obesos y no obesos controlando por edad y sexo. Los tres supuestos de normalidad, homogeneidad de la varianza e independencia de los errores residuales se comprobaron mediante la prueba de Shapiro-Wilk, las pruebas de Leven y Durbin-Watson, respectivamente, y mediante inspecciones visuales. Para los datos pre y post – MVC y TFa, se utilizó la transformación natural de logaritmos para cumplir con los supuestos. Además, la transformación de raíz cuadrada y la transformación Box-Cox con λ = 3 se utilizaron para el tiempo de resistencia y post-CAR, respectivamente. Se aplicaron pruebas U de Mann-Whitney no paramétricas para pérdida de par, tasa de pérdida de par, TFr, RMS, MPF, fatiga central y periférica, donde la transformación de datos no pudo validar los supuestos. Para las medidas de fatiga central y periférica, la intensidad de estimulación eléctrica se incluyó en el modelo ANCOVA como covariable y la mano dominante como variable de bloqueo. Esto se hizo para controlar el efecto de la mano y reducir cualquier ruido sistemático en el término de error. Se realizaron pruebas t de muestras independientes para comparar los parámetros del modelo de tiempo de resistencia entre los grupos obesos y no obesos. Todos los análisis estadísticos se realizaron en el programa SPSS Versión 22 (IBM Corporation) con el nivel de conjunto significativo en α = 0,05.

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